package Sort;

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:
 * User: 姚东名
 * Date: 2024-09-22
 * Time: 9:20
 */
public class Sort {
    /**
     * 直接插入排序：
     * 时间复杂度：O(N^2)：用等差数列来做
     * 最坏情况：逆序的 5 4 3 2 1
     * 最好情况：本身是有序的 1 2 3 4 5 O(N)
     * 如果数据越有序，直接插入排序就越快
     * 空间复杂度：O(1)（不用申请额外的空间来运算）
     * 稳定性：稳定的
     * 本身如果是一个稳定的排序，那么可以实现为不稳定的
     * 但是 如果一个排序 本身是不稳定的 就不能实现为稳定的排序
     *
     * @param array
     */
    public static void insetSort(int[] array) {
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= 0; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    array[j + 1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 希尔排序
     * 时间复杂度：N^1.3 ~ N^1.5
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     *
     * @param array
     */
    public static void shellSort(int[] array) {
        int gap = array.length;
        while (gap > 0) {
            gap = gap / 2;
            shell(array, gap);
        }
    }

    private static void shell(int[] array, int gap) {
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - gap;
            for (; j >= 0; j -= gap) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + gap] = array[j];
                } else {
                    array[j + gap] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + gap] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 选择排序
     * 时间复杂度：O(N^2)（用等差数列求解）
     * 和数据 是否有序无关
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     *
     * @param array
     */
    public static void selectSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i + 1; j < array.length; j++) {
                if (array[j] < array[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            Swap(array, i, minIndex);
        }
    }

    private static void Swap(int[] array, int i, int j) {
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }

    //第二种写法：
    public static void selectSort2(int[] array) {
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        while (left < right) {
            int minIndex = left;
            int maxIndex = left;
            for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
                if (array[i] < array[minIndex]) {
                    minIndex = i;
                }
                if (array[i] > array[maxIndex]) {
                    maxIndex = i;
                }
            }
            Swap(array, left, minIndex);
            //最大值正好是  left下标  此时 把最大值换到了minIndex的位置了
            if (maxIndex == left) {
                maxIndex = minIndex;
            }
            Swap(array, right, maxIndex);
            left++;
            right--;
        }
    }

    /**
     * 堆排序
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     *
     * @param array
     */
    public static void HeapSort(int[] array) {
        createHeap(array);
        int end = array.length - 1;
        while (end > 0) {
            Swap(array, 0, end);
            siftDown(array, 0, end);
            end--;
        }

    }

    private static void createHeap(int[] array) {
        for (int parent = (array.length - 1 - 1) / 2; parent > 0; parent--) {
            siftDown(array, parent, array.length);
        }
    }

    private static void siftDown(int[] array, int parent, int length) {
        int child = 2 * parent + 1;
        while (child < length) {
            //判断是否存在右子树
            if (child + 1 < length && array[child] < array[child + 1]) {
                child++;
            }
            if (array[parent] < array[child]) {
                Swap(array, parent, child);
                parent = child;
                child = 2 * parent + 1;
            } else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 冒泡排序
     * 时间复杂度：【时间复杂度，都是在没有优化的情况下，也就是没有下方的boolean元素 和 -1操作】
     * O(N^2)
     * 优化之后可能达到O(N)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定的
     *
     * @param array
     */
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            boolean flag = false;
            for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {
                if (array[j] > array[j + 1]) {
                    Swap(array, j, j + 1);
                    flag = true;
                }
            }
            if (!flag) {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 快速排序
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(logN)
     * 稳定性：不稳定
     *
     * @param array
     */
    public static void quickSort(int[] array) {
        //quick(array, 0, array.length - 1); //没有优化的快速排序
        //quickOp(array, 0, array.length - 1); //优化过的快速排序
        quickNor(array, 0, array.length - 1); //非递归的快速排序
    }

    public static void quickNor(int[] array, int start, int end) {
        Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();
        int pivot = partition(array, start, end);
        if (pivot > start + 1) {
            stack.push(start);
            stack.push(pivot - 1);
        }
        if (pivot < end - 1) {
            stack.push(pivot + 1);
            stack.push(end);
        }
        while (!stack.isEmpty()) {
            end = stack.pop();
            start = stack.pop();
            pivot = partition(array, start, end);
            if (pivot > start + 1) {
                stack.push(start);
                stack.push(pivot - 1);
            }
            if (pivot < end - 1) {  //4:00上课
                stack.push(pivot + 1);
                stack.push(end);
            }
        }
    }

    private static void quick(int[] array, int start, int end) {
        if (start >= end) {
            return;
        }
        int pivot = partition(array, start, end);
        quick(array, start, pivot - 1);
        quick(array, pivot + 1, end);
    }

    private static void quickOp(int[] array, int start, int end) {
        if (start >= end) {
            return;
        }
        //优化2. 递归到小的子区间时，可以考虑使用插入排序
        if (end - start + 1 <= 10) {
            insertSortRange(array, start, end);
            return;
        }
        //优化1. 三数取中法选key
        //System.out.println("start: "+start+" end: "+end);
        int midIndex = getMiddleNum(array, start, end);
        Swap(array, start, midIndex);
        int pivot = partition(array, start, end);
        quickOp(array, start, pivot - 1);
        quickOp(array, pivot + 1, end);
    }

    //直接插入排序
    private static void insertSortRange(int[] array, int start, int end) {
        for (int i = start + 1; i <= end; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j > 0; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    array[j + 1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    private static int getMiddleNum(int[] array, int left, int right) {
        int mid = (left + right) / 2;
        if (array[left] < array[right]) {
            if (array[mid] < array[left]) {
                return left;
            } else if (array[mid] > array[right]) {
                return right;
            } else {
                return mid;
            }
        } else {
            if (array[mid] > array[left]) {
                return left;
            } else if (array[mid] < array[right]) {
                return right;
            } else {
                return mid;
            }
        }
    }

    //挖空法
    private static int partition(int[] array, int left, int right) {
        int tmp = array[left];
        while (left < right) {
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            array[left] = array[right];
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            array[right] = array[left];
        }
        array[left] = tmp;
        return left;
    }

    //hoare法
    private static int partitionHoare(int[] array, int left, int right) {
        int tmp = array[left];
        int tmpLeft = left;
        while (left < right) {
            while (left < right && array[right] >= tmp) {
                right--;
            }
            while (left < right && array[left] <= tmp) {
                left++;
            }
            Swap(array, left, right);
        }
        Swap(array, left, tmpLeft);
        return left;
    }

    /**
     * 归并排序
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(N)
     * 稳定性：稳定的
     *
     * @param array
     */
    public static void mergeSort(int[] array) {
        mergeSortTmp(array, 0, array.length - 1);
    }

    private static void mergeSortTmp(int[] array, int left, int right) {
        if (left >= right) {
            return;
        }
        int mid = (left + right) / 2;
        //分解：
        mergeSortTmp(array, left, mid);
        mergeSortTmp(array, mid + 1, right);
        //合并
        merge(array, left, mid, right);
    }

    private static void merge(int[] array, int left, int mid, int right) {
        //合并两个有序数组：
        int[] tmp = new int[right - left + 1];
        int k = 0;
        int s1 = left;
        //int e1 = mid;
        int s2 = mid + 1;
        //int e2 = right;
        while (s1 <= mid && s2 <= right) {
            if (s1 <= s2) {
                tmp[k++] = array[s1++];
            } else {
                tmp[k++] = array[s2++];
            }
        }
        while (s1 <= mid) {
            tmp[k++] = array[s1++];
        }
        while (s2 <= right) {
            tmp[k++] = array[s2++];
        }
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            array[i + left] = tmp[i];
        }
    }

    //非递归的归并排序
    private static void mergeSortNor(int[] array) {
        int gap = 1;
        while (gap < array.length) { //1 2 4 8
            for (int i = 0; i < array.length; i = i + gap * 2) {
                int left = 0;
                int mid = left + gap - 1;
                if (mid >= array.length) {
                    mid = array.length - 1;
                }
                int right = mid + gap;
                if (right >= array.length) {
                    right = array.length - 1;
                }
                merge(array, left, mid, right);
            }
            gap = gap * 2;
        }
    }

    /**
     * 计数排序
     * 时间复杂度：O(范围 + n)
     *          范围越大 越慢
     * 空间复杂度：O(范围)
     * 稳定性：不稳定
     * @param array
     */
    public static void countSort(int[] array) {
        //1. 找最大值 和 最小值 来确定 计数数组的大小
        int maxVal = array[0];
        int minVal = array[0];
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            if (array[i] < minVal) {
                minVal = array[i];
            }
            if (array[i] > maxVal) {
                maxVal = array[i];
            }
        }
        int len = maxVal - minVal + 1;
        int[] count = new int[len];

        //2. 遍历原来的数组array把 每个元素 放到对应的计数数组当中 进行计数
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int index = array[i];
            count[index - minVal]++;
        }
        //3.依次 遍历计数数组 O(范围)
        int index = 0;
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while (count[i] != 0) {
                array[index] = i + minVal;
                index++;
                count[i]--;
            }
        }
    }
}
